反物質(zhì)、暗物質(zhì)、暗能量，這三個玩意兒的名字差不多，看著都有點古怪，在電影里一看就是反派的樣子。但其實它們在物理學(xué)上都是極其重要的角色，但它們之間沒有任何邏輯關(guān)系。

反物質(zhì)

反物質(zhì)最早來自于狄拉克的一個預(yù)言，我在前些天的文章中有講過那段歷史，這里就不重復(fù)了，有興趣的同學(xué)可以看我4月23日關(guān)于反物質(zhì)和暗物質(zhì)的文章。

我們現(xiàn)在所知道的反物質(zhì)是一種與普通物質(zhì)各項特性都相反的物質(zhì)，基本定義就是能相反的特性都相反，我們最熟悉最容易理解的就是電荷相反了。那么反物質(zhì)在我們的宇宙大片中有什么重要性？答案就是它在我們的宇宙大片里活不過三秒，但假如它活下來了，那可能就沒有我們的主角普通物質(zhì)什么事了。

在宇宙誕生初期，與物質(zhì)同時產(chǎn)生的有大量的各種特性都相反的反物質(zhì)，但由于某種原因，普通物質(zhì)比反物質(zhì)多產(chǎn)生了一點點，大約10億分之1，結(jié)果在隨后的大湮滅中，所有的反物質(zhì)都跟普通物質(zhì)湮滅掉了，而留下了那多出的一點點的普通物質(zhì)，最終形成了我們現(xiàn)在看到的宇宙萬物……

那么問題來了，反物質(zhì)既然在不到三秒就掛了，那現(xiàn)在的現(xiàn)在的反物質(zhì)是哪來的？現(xiàn)在反物質(zhì)其實遍布各種角落，擔(dān)當(dāng)一些不怎么重要的角色，我們俗稱跑龍?zhí)住７次镔|(zhì)最重要的龍?zhí)状蟾啪褪翘杻?nèi)部核聚變的過程中的兩個氫原子核在質(zhì)子-質(zhì)子反應(yīng)中，結(jié)合成為一個氫同位素——氘核，并放出一個正電子和一個中微子，其中的正電子就是我們說的反物質(zhì)，電子的反物質(zhì)反電子。剩下的氘核含有一個質(zhì)子和一個中子，也就是說有一個質(zhì)子在反應(yīng)中變成了一個中子。

這樣的反物質(zhì)每時每刻都在同樣內(nèi)部大量產(chǎn)生，我們感受到的太陽光就有一部分是由它們湮滅所產(chǎn)生的。等等，說有一部分好像不太對，應(yīng)該是有它們的貢獻(xiàn)。除了太陽內(nèi)部所產(chǎn)生的反物質(zhì)，其實我們?nèi)粘Ｉ钪幸步?jīng)常有反物質(zhì)產(chǎn)生，比如香蕉里有一種微量元素——鉀-40，它會自發(fā)β+衰變放出一個正電子，減少一個質(zhì)子（變成中子）變成一個氬-40原子。雖然這過程能釋放出“大量”能量，但畢竟這些元素過于微量了，我們是完全感覺不到的，這就是龍?zhí)自撚械臉幼印?/p>

暗物質(zhì)

跟反物質(zhì)不同，暗物質(zhì)不具有我們了解的一些物理特性，比如它沒有電荷，不會結(jié)團(tuán)，不能吸收和反射電磁波，也就是說它看不見……它相當(dāng)于就是一個隱身人。那要它何用？還別說，沒它的話，故事還真不知要怎么編……

早在上世紀(jì)30年代末，科學(xué)家在觀測某些星系團(tuán)內(nèi)星系的相互運動時就發(fā)現(xiàn)，星系團(tuán)的可見物質(zhì)無法提供足夠的引力維持星系間的相互運動，后來對于一些星系引力透鏡的天文觀測也發(fā)現(xiàn)同樣的問題，就是根據(jù)可見的發(fā)光物質(zhì)推算的星系質(zhì)量無法提供足夠的引力產(chǎn)生這些引力透鏡效果。

由于這些天文觀測與現(xiàn)有理論計算結(jié)果的巨大差異，科學(xué)家懷疑這些星系里存在大量的不可見物質(zhì)。隨后科學(xué)家有對銀河系和其它漩渦星系外圍的恒星運動速度進(jìn)行測量，再次證明了此前的觀測結(jié)果——星系內(nèi)的根據(jù)發(fā)光物質(zhì)估算的物質(zhì)質(zhì)量不足維持星系外圍恒星的運動速度，外圍恒星以這樣的速度運動理論上早就脫離星系分崩離析了。

這表明要么理論有問題，要么星系內(nèi)存在大量不可見物質(zhì)。這個大量是多少？大約是宇宙物質(zhì)總量的85%-90%……

這就有點可怕了，有這么多的東西在我們的周圍，我們卻看不見……所以就有神秘主義者腦洞大開指出幽靈可能就是暗物質(zhì)構(gòu)成的……

那么難道不會是理論錯了嗎？當(dāng)然有可能，但科學(xué)家多數(shù)還是愿意相信理論，因此選擇修正理論的只占少部分，大部分的科學(xué)家還是寧愿接受存在大量看不見的暗物質(zhì)?？茖W(xué)家都把它的分布范圍描出來了（藍(lán)色部分）……

對于暗物質(zhì)的支持者，設(shè)計了大量方法尋找暗物質(zhì)，其中我國發(fā)射的悟空號暗物質(zhì)粒子探測衛(wèi)星就是干這事的。其它方法還有對撞機(jī)產(chǎn)生的未知粒子探測和類似于中微子探測器的地底探測。但所有的探測到目前為止還沒有令人信服的探測結(jié)果證明暗物質(zhì)的存在。

直到今天，暗物質(zhì)依然只是個傳說，大有“不要迷戀哥,哥只是個傳說!哥早已不在江湖,江湖上卻流傳著哥的傳說”的味道。

雖然我們至今沒發(fā)現(xiàn)暗物質(zhì)，但對暗物質(zhì)的一些特性還是給出了一些限定：

1、有靜止質(zhì)量，參與引力相互作用。這正是它在科學(xué)家面前露出的馬腳。

2、不參與電磁相互作用和強(qiáng)相互作用。原因就是透明、不可見，另外目前的輕元素豐度符合理論值，如果占比近90%的暗物質(zhì)參與強(qiáng)相互作用將導(dǎo)致輕元素的豐度產(chǎn)生差異。

3、運動速度較慢。否則直接就跑飛不會留在星系內(nèi)了。

暗能量

這個比暗物質(zhì)更為神秘的玩意兒，到上世紀(jì)末才被人們“發(fā)現(xiàn)”。

1998年，兩個獨立的觀測團(tuán)隊對星系的不同距離上的星系紅移進(jìn)行測量的過程中偶然發(fā)現(xiàn)，距離越遠(yuǎn)的星系正以越來越快的速度遠(yuǎn)離我們，這意味著宇宙正在加速膨脹！

這又是一個與理論不符的結(jié)果，按照理論，由于引力的作用，膨脹理應(yīng)越來越慢的，但結(jié)果正好相反。根據(jù)觀測結(jié)果，大約在90億年前，這種膨脹的減速開始放緩，并被慢慢逆轉(zhuǎn)。到了大約50-60億年前膨脹徹底逆轉(zhuǎn)，從減速膨脹變?yōu)榧铀倥蛎洝?/p>

對于加速膨脹的原因，科學(xué)家沿用暗物質(zhì)的方式給它定義為一種未知能量——暗能量。但與暗物質(zhì)不同，這次更多的人愿意通過修正理論來解決暗能量問題。如果把它視作一種能量，它將占宇宙總質(zhì)能的68.3%……這巨大的能力推動了宇宙脫離引力的束縛加速膨脹。

而目前對暗能量沒有更多的認(rèn)識，理論物理學(xué)家更樂意選擇對理論進(jìn)行修正，比較主流的大概就是復(fù)活愛因斯坦的宇宙常數(shù)了，這是愛因斯坦為了在廣義相對論下維持一個靜態(tài)宇宙而在引力場方程中加入的一個常數(shù)項，使物質(zhì)間產(chǎn)生一種斥力，阻止宇宙在引力作用下發(fā)生坍縮。但在哈勃觀測到宇宙膨脹后，愛因斯坦就去掉了這個常數(shù)。但目前由于未知機(jī)制的加速膨脹，宇宙常數(shù)項正在重新受到重視，并企圖重新放回引力場方程中。